Đồ án Tách benzentoluen

Với quy trình công nghệ tính toán ở trên ta thấy rằng một lượng nhiệt đáng kể cần giải là ngưng tụ sản đỉnh, giải nhiệt sản phẩm đỉnh và giải nhiệt cho sản phẩm đáy chưa được tận dụng để gia nhiệt cho dòng nhập liệu. Nhưng trong quá trình tính toán để gia nhiệt cho dòng nhập liệu tới trạng thái lỏng sôi nếu tận dụng nhiệt thì chưa đủ để gia nhiệt tới lỏng sôi trong khi đó phải tốn thêm thiết bị, đường ống làm tăng chi phí của phân xưởng. Vấn đề tận dụng nhiệt là một vấn đề thực tế rất được quan tâm, nó như là một giải pháp để năng cao hiệu quả của quá trình và tiết kiệm năng lượng, nhưng trong giới hạn về thời gian, khả năng và kinh nghiệm thực tế nên em chưa phân tích tính toán đánh giá đúng mức các quá trình. Đồ án môn học là một môn học tổng hợp và nó đã mang lại cho em nhiều kinh nghiệm để tính toán thiết kể hoàn chỉnh một quá trình trong sản xuất.

pdf56 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 02/01/2014 | Lượt xem: 1764 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Tách benzentoluen, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
4 2. OÁng dẫn nguyên lieäu: Nhieät ñoä cuûa chaát loûng nhaäp lieäu laø tF = 94 oC Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 802,3 kg/m 3  Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 780 kg/m 3 Neân: 9,810 2665,01 34,818 2665,011     T F B F F xx   F = 789,5 kg/m 3 Choïn loaïi oáng noái caém saâu vaøo thieát bò. Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vF = 0,32 m/s. (theo bảng 2.2 trg370 STT1) Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái: Dy = 32,0..5,789.3600 4,402.4 ...3600 .4   FF F v G = 0,023 m = 23 mm  Choïn oáng coù Dy = 25 mm. (theo bảng XIII.32 STT2) Tra baûng XIII.32, trang 434, [6]  Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 90 mm. Tra baûng XIII.26, trang 410, [6]  Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,25 N/mm2 laø: Bu loâng Dy Dn D Db D1 h db Z mm caùi 25 32 100 75 60 12 10 4 3. OÁng daãn hôi ra khỏi tháp : Nhieät ñoä cuûa pha hôi taïi ñænh thaùp laø tD = 80,5 oC. Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi taïi ñænh thaùp: )2735,80( 273 4,22 28,781    HD HD HD RT PM  = 2,7 kg/m3 Choïn vaän toác hôi ra khoûi ñænh thaùp laø vHD = 20 m/s.(theo bảng 2.2 trg370 STT1) Lượng hơi vào thiết bị ngưng tụ : GD = D.(R + 1) = 161,8.(2,48 + 1) = 563,06 kg/h Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái: Dy = 207,23600 06,5634 .3600 .4     HDHD D v G = 0,031 m = 31 mm  Choïn oáng coù Dy = 40 mm.(theo bảng XIII.32 STT2) Tra baûng XIII.32, trang 434,  6  Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 100 mm. Tra baûng XIII.26, trang 411,  6  Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,25 N/mm2 laø: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 30 Bu loâng Dy Dn D D D1 h db Z mm caùi 40 45 130 100 80 12 12 4 4. Ống dẫn hơi vào đáy tháp: Nhiệt độ tại đáy tháp là 1100C khối lượng riêng của pha hơi tại đáy tháp 3/92,2 )273110( 273 4,22 86,911 mkg RT PM HW HW HW     Choïn vaän toác hôi vào đáy thaùp laø vHD = 20 m/s.(theo bảng 2.2 trg370 STT1) Đường kính trong của ống nối Với lưu lượng hơi đi vào đáy tháp g’1 = 789,7kg/h = 0,22kg/s = 0,075m 3/s Suy ra Dy =   .. 075,0.4 0,069 m = 69 mm  Choïn oáng coù Dy = 70 mm.(theo bảng XIII.32 STT2) Tra baûng XIII.32, trang 434,  6  Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 110 mm. Tra baûng XIII.26, trang 412,  6  Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,25 N/mm2 laø: Bu loâng Dy Dn D D D1 h db Z mm caùi 70 76 160 130 110 12 14 8 5. Ống dẫn lỏng hoàn lưu : Nhiệt độ dòng hoàn lưu tR = 80,5 oC. Choïn vaän toác của dòng này vào tháp là v = 0,3 m/s. (theo bảng 2.2 trg370  5 )  Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 813,46 kg/m 3  Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 806,56 kg/m 3 Neân: 56,806 9765,01 46,813 9765,011     T D B D D xx   D = 813,3 kg/m 3 Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái: Dy = 3,0..9,812.3600 88,416.4 ...3600 ..4   v RG D D = 0,023 m = 23 mm  Choïn oáng coù Dy = 25 mm. (theo bảng XIII.32  6 ) Tra baûng XIII.32, trang 434, [6]  Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 90 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,25 N/mm2 laø: Buloâng Dy Dn D Db D1 h db Z mm caùi 25 32 100 75 60 12 10 4 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 31 VI. Tính toán chân đỡ, tai treo : 1. Tính troïng löôïng của toaøn thaùp: Tra baûng XII.7, trang 313, [6]  Khoái löôïng rieâng cuûa theùp CT3 laø: CT3 = 7850 kg/m 3 Khoái löôïng cuûa tám bích gheùp thaân vaø naép : mbích =     7850022,0500,0630,0 4 .8.. 4 .8 223 22     CTt hDD = 159,3 kg Khoái löôïng cuûa thaân thieát bò : mthaân = 4  .(D2ng –D 2 t).Hthaân . X18H10T =   7900.5,7.500,0508,0. 4 22   = 375 kg Khoái löôïng cuûa ñaùy (naép) thaùp: mñaùy(naép) =2. Sbeà maët .ñaùy . X18H10T = 2.0,31 . 0,004 . 7900 = 19,9 kg Khối lượng mâm, ta có 25 mâm và thiết bị đun sôi Mmâm = khối lượng chóp + khối lượng đĩa dưới chóp + khối lượng ống chảy chuyền(bao gồm cả phần gờ chảy tràn) + khối lượng ống hơi Ta lấy khối tổng thể của một mâm bằng 2 lần khối lượng mâm không có lỗ và ống chảy chuyền cùng với bề dày mâm là 4mm, suy ra: Mmâm = 2. 4  . D2t. 1 . X18H10T = 2. 4  .0,52. 0,004 . 7900 = 12,4 kg Tổng khối lượng mâm M = 12,4.25 = 310 kg Khối lượng Toluene giả sử chứa đầy tháp trong trường hợp nguy hiểm nhất Mtoluene = 4  . D2t. Ht . toluene = 4  . 0,52. 7,5 . 856,5 = 1260 kg Khoái löôïng cuûa toaøn thaùp: m = Mbích + Mthaân + Mñaùy(naép) + Mmâm + Mtoluene = 159,3 +375 +19,9 + 310 +1260 = 2124,2 kg 2. Tính chaân ñôõ thaùp: Choïn chaân ñôõ: thaùp ñöôïc ñôõ treân boán chaân. Vaät lieäu laøm chaân ñôõ thaùp laø theùp CT3. Theo ñaùy thieát bò T ru ïc t h ie át b ò Tải trọng cho phép trên một chân đỡ: Gc = 4 81,9 2142,2 44   mgP = 0,5253.104 N Để đảm bảo an toàn ta chọn Gc = 1.10 4 N Tra bảng XIII.35, trang 437,  6  chọn chân đỡ có các thông số sau: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 32 F.104 q.10-6 L B B1 B2 H h s l d m2 N/m2 mm 85,4 0,29 110 80 95 110 180 120 6 40 18 Tính khối lượng gần đúng một chân đỡ: Thể tích một chân đỡ: V1 chânđỡ = [2.(H – s).s. B2 + L. s. B].10 -9 = [2.(180 – 6).6.110 + 110.6.80].10-9 = 2,69.10-3 m3 Khối lượng một chân đỡ: m1 chânđỡ = V1 chânđỡ . CT3 = 2,69.10 -3.7850 = 21,1kg 3. Tính tai treo tháp: Chọn tai treo: Tai treo được gắn trên thân tháp và tựa vào giàn đỡ để giữ tháp vững trong quá trình làm việc Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3 Tải trọng trên một tai treo chọn bằng với tải trọng trên một chân đỡ Gc = 1.10 4 N Tra bảng XIII.36, trang 438, STT2  chọn tai treo có các thông số sau: F.104 q.10-6 L B B1 H S l a d m m2 N/m2 mm 57,0 0,44 90 65 75 140 6 35 15 14 1,0 Khoái löôïng moät tai treo: mtai treo = 1,0 kg Tra baûng XIII.37, trang 439, STT2  Choïn taám loùt tai treo baèng theùp CT3 coù caùc thoâng soá sau(tra theo Gc = 2,5.10 4 N):  Chieàu daøi taám loùt: H = 260 mm  Chieàu roäng taám loùt: B = 140 mm  Beà daøy taám loùt: SH =6 mm Theå tích moät taám loùt tai treo: Vtaám loùt = B.SH.H = 140. 6. 260. 10-9 = 0,2184.10-3 m3 Khoái löôïng moät taám loùt tai treo: mtaám loùt = Vtaám loùt. CT3 = 0,2184.10 -3.7850 = 1,714 kg Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 33 Chương 7 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ I . THIEÁT BÒ NGÖNG TUÏ SAÛN PHAÅM ÑÆNH: Choïn thieát bò ngöng tuï voû – oáng loaïi TH, ñaët naèm ngang. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp CT3, kích thöôùc oáng 20 x 2:  Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 20 mm = 0,02 m  Beà daøy oáng: t = 2 mm = 0,002 m  Ñöôøng kính trong: dtr = 0,016 m Choïn:  Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 30 oC vaø nhieät ñoä ra tR = 40 oC.  Doøng hôi taïi ñænh ñi ngoaøi oáng vôùi nhieät ñoä ngöng tuï tngöng = 80,5 oC 1. Suaát löôïng nöôùc laøm laïnh caàn duøng : Caân baèng nhieät: Qnt = (R + 1).GD.rD = Gn.(hR – hV) = Gn.CpΔT Qnt = (R + 1).D.rD = 61,42 kJ/s theo tính toán phần cân bằng nhiệt Löôïng nöôùc caàn duøng: VR nt n hh Q G   2 = 7,1255,167 42,61  = 1,47 kg/s Trong đó hR, hv enthanpy của nước ở nhiệt độ trung bình     Cttt rvf 0354030 2 1 2 1  2. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: 405,80 305,80 )405,80()305,80( log     Ln t = 45,32 K. 3. Heä soá truyeàn nhieät: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: ngöng t n 1 r 1 1 K     , W/m2.K Vôùi:  n : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nöôùc laïnh W/m 2.K  ngöng : heä soá caáp nhieät cuûa doøng hôi ngöng tuï W/m 2.K  rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. 3.1. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc ñi trong oáng : Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nöôùc trong oáng:    4030 2 1 2 1  rvf ttt . Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: n = 994 kg/m 3  Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: n = 7,23.10 -7 m2/s  Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: n = 0,626 W/mK  Chuaån soá Prandtl: Prn = 4,90 Choïn vaän toác nöôùc ñi trong oáng: vn = 0,6 m/s Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 34  Soá oáng: 6,0.016,0. 4 . 994 47,1 .. 4 . 22   ntrN n vd G n = 18,26 ống Tra baûng V.II, trang 48,  6  choïn n = 19 oáng  Vaän toác thöïc teá cuûa nöôùc trong oáng: 22 016,019994 47,144     trn n n dn G v = 0,39 m/s. Chuaån soá Reynolds : 7 . 10.23,7 016,039,0 Re    n trn n dv  = 8630,7 Ta thấy 2300 < Ren < 10000 cấp nhiệt xảy ra ở chế độ chảy quá độ AÙp duïng coâng thöùc (10), trang 6, Hướng dẫn TNQTTB hay công thức V.44  6 trang 16 coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: l v n nn CNu  25,0 43,0 Pr Pr .Pr.        Trong ñoù: 1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng khi Re < 10000, tương ứng l = 1,2 Hệ số C phụ thuộc Re, ứng với nRe = 8630,7 ta có C = 30 Tính Prv: Prv được xác định ở nhiệt độ trung bình của thành ống Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc ñi trong oáng trong: n = tr nn d .Nu  3.2. Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu : t ww t r tt q    21 , (W/m2). Trong ñoù:  tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ngöng tuï, oC  tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc laïnh, oC 21 rrr t t t     Beà daøy thaønh oáng: t = 0,002 m  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 W/mK  Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5000 m 2.K/W  Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 m 2.K/W Neân: rt = 0,0005 m 2.K/W 3.3. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï ngoaøi oáng : Ñieàu kieän: - Ngöng tuï hôi baõo hoøa. - Khoâng chöùa khoâng khí khoâng ngöng. - Hôi ngöng tuï ôû maët ngoaøi oáng. - Maøng chaát ngöng tuï chaûy taàng. - OÁng naèm ngang. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 35 AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4] Ñoái vôùi oáng ñôn chieác naèm ngang thì: 4 nW1ngöng 32 1 ).dt-.(t .g.r. 725,0     Tra hình V.20, trang 30, STQTTB Tập  6  heä soá phuï thuoäc vaøo caùch boá trí oáng vaø soá oáng trong moãi daõy thaúng ñöùng laø tb = 0,7 (vì xeáp xen keõ vaø soá oáng trong moãi daõy thaúng ñöùng laø 9)  Heä soá caáp nhieät trung bình cuûa chuøm oáng: ngöng = tb1 = 0,71 Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 52 oC Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng chaát ngöng tuï: tm = ½ (tngöng + tW1) = ½ (80,5 + 52) = 66,25 oC Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa benzene : B = 828,92 kg/m 3  Khoái löôïng rieâng cuûa toluene : T = 820,34 kg/m 3 Neân: 34,820 9765,01 92,828 9765,011     A D N D xx    = 828,71 kg/m3  Ñoä nhôùt cuûa benzene : B = 3,67.10 -4 N.s/m2  Ñoä nhôùt cuûa toluene : T = 3,51.10 -4 N.s/m2 Neân: lg = xDlgB + (1 – xD)lgT = 0,98.lg(3,67.10 -4) + (1 - 0,98)lg(3,51.10-4)   = 3,67.10-4 N.s/m2  Heä soá daãn nhieät cuûa saûn phaåm ñænh : D = 0,1436 W/mK  Ẩn nhiệt ngưng tụ của sản phẩm đỉnh xác định ở tf: r = 390 kJ/kg Neân: KmW ./66,1011 52).0,02-.(80,5 3,67.10 1436,0.28,718.390.10 725,0 ).dt-.(t .g.r. 725,0 24 4- 323 4 nW1ngöng 32 1      ngöng = 1 .0,7 = 708,2 W/m 2K  qngöng = ngöng (tngöng – tW1) = 708,2.(80,5 - 52) = 20183,7 W/m 2  qt = qngöng = 20183,7 (W/m 2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå)  tw2 = tw1 - qtrt = 52 – 20183,7.2,867.10 -4 = 46,20C  Prw2 = 3,83  83,752,1. 83,3 9,4 .9,4.30 Pr Pr .Pr. 25,0 43,0 25,0 43,0              l v n nn CNu   n = KmW d Nu tr nn 2/8,2966 016,0 626,0.83,75.    qn = n (tW2 – tf) = 2966,8.(46,2 - 35) = 33228,2 W/m 2 Kieåm tra sai soá:  = ngöng nngöng q qq  100% = 7,20183 2,332287,20183  100% = 55,7% sai số quá lớn, không thỏa ta lập lại các bước tính như trên với các giá trị khác của tw1 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 36 Số Lần Hơi Ngưng tụ Tính tngưng tw1 tm Δt1 ngưng qngưng 1 80.5 60 70.25 20.5 1414.474 28996.7191 2 80.5 61 70.75 19.5 1432.27 27929.2597 3 80.5 59 69.75 21.5 1397.732 30051.234 Keát luaän: vậy chọn lần tính lặp lại thứ nhất với: tw1 = 60 0C để có sai số nhỏ nhất, và tw2 = 45,60C 3.4. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: 474,1414 1 0005,0 8,2947 1 1  K = 646,742 W/m2K 4. Beà maët truyeàn nhieät: Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: F = 32,45742,646 1000 61,42 . log    tK Qnt = 2,1 m2 dự trữ bề mặt truyền nhiệt ta chọn F = 2,5 m2 5. Caáu taïo thieát bò: Soá oáng truyeàn nhieät: n = 19 oáng. OÁng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = 2 dd n F trn  = 0,604 m  choïn L = 0,7 m Soá chaëng : 1 chaëng Soá oáng treân ñöôøng cheùo: b = 5 oáng Tra baûng trang 21, [3]  Böôùc oáng: t = 1,2d = 1,2.0.02 = 0,024 m Soá oáng taát caû : 19 AÙp duïng coâng thöùc (V.140), trang 49, [6]:  Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò: D = t(b-1) + 4dn = 0,024.(5-1) + 4.0.02 = 0,17m lấy tròn 0,2m II . THIEÁT BÒ ÑUN SOÂI ÑAÙY THAÙP : Choïn thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp laø noài ñun Kettle. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng 38 x 3:  Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 mm = 0,038 m  Beà daøy oáng: t = 3 mm = 0,003 m  Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 m Hôi ñoát laø hôi nöôùc ôû 2,5at ñi trong oáng 38 x 3. Tra baûng 1.251, trang 314,  6 : Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 37  Nhieät hoùa hôi: OH2r = rn = 2189500 J/kg  Nhieät ñoä soâi: OH2t = tn = 126,25 oC Doøng saûn phaåm taïi ñaùy coù nhieät ñoä:  Tröôùc khi vaøo noài ñun (loûng): tS1 = 110,2 oC  Sau khi ñöôïc ñun soâi (hôi): tS2 = 110,6 oC 1. Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng: Tra baûng 1.251, trang 314, [5]  Nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû 2,5 at = OH2r = 2189,5 kJ/kg hkgskg rr D /05,113/0315,0 5,2189.95,0 32,56 .95,0 Q-Q - Q + Q + Q Q-Q - Q + Q + Q 2 fFDWnt 2 fFDWnt 2  2. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình: Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: 6,11025,126 2,11025,126 ln )6,11025,126()2,11025,126( log    t = 15,85 K. 3. Heä soá truyeàn nhieät: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc nhö ñoái vôùi töôøng phaúng: S t n 1 r 1 1 K     ,W/m2.K Vôùi:  n : heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát W/m 2.K  S : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy W/m 2.K.  rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. 3.1. Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: t 2w1w t r tt q    , W/m2. Trong ñoù:  tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ñoát trong oáng, oC  tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng, oC 21 t t t rrr      Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 m  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 W/mK (Baûng XII.7, trang 313, STQTTB  6 )  Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5800 m 2.K/W (Baûng 31, trang 419, [4])  Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 m 2.K/W Neân: rt = 5,289.10 -4 m2.K/W Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 38 3.2. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: AÙp duïng coâng thöùc (V.89), trang 26, [6]: S = 7,77 . 10 -2. 0,37 s 0.11745,0 0,775,00,3330,033 h h T.c. q. .. r.                   Nhieät ñoä soâi trung bình cuûa doøng saûn phaåm ôû ngoaøi oáng: 2 6,1102,110 2 21    SSS tt t = 110,4 (oC)  tS = 110,4 + 273 = 383,4 K Taïi nhieät ñoä soâi trung bình thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi trong doøng saûn phaåm ôû ngoaøi oáng: )2734,110( 273 4,22 921    S HW h RT PM  = 2,91 kg/m3  Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 780,52 kg/m 3  Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 781,64 kg/m 3 Neân: 00128,0 64,781 00365,01 52,780 00365,011      T W B W xx    = 781,636 kg/m3  Ñoä nhôùt cuûa toluen : T = 2,994.10 -4 N.s/m2  Ñoä nhôùt cuûa benzen : B = 2,71.10 -4 N.s/m2 Neân: lg = xWlgB + (1 - xW)lgT = 0,0043.lg(2,71.10 -4) + (1 - 0,0043)lg(2,994.10-4)   = 2,993.10-4 N.s/m2  Heä soá daãn nhieät cuûa hỗn hợp :  = 0,149 W/mK  Söùc caêng beà maët cuûa benzen : B = 0,01755 N/m  Söùc caêng beà maët cuûa toluen : T = 0,0183 N/m Neân: TB TB      = 0,009 N/m  Nhieät dung rieâng cuûa benzen : cB = 2157,45 J/kg.K  Nhieät dung rieâng cuûa toluen : cT = 2108,19 J/kg.K Neân: c = cN Wx + cA. (1 - Wx ) = 2108,37 J/kgK  Nhieät hoùa hôi cuûa Benzen: rB = 370636,47 J/kg  Nhieät hoùa hôi cuûa toluen : rT = 362262,87 J/kg Neân: r = rN Wx + rA. (1 - Wx ) = 362293,45 J/kg 3.3. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát trong oáng: AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4]: 4 trW1nn 3 n 2 nn n ).dt-.(t .g..r 725,0    Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 124,8 ( oC) Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng nöôùc ngöng tuï: tm = 126,525 oC Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: n = 937,935 kg/m 3  Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: n = 2,25.10 -4 (N.s/m2)  Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: n = 0,686 W/mK Neân: n = 10849,76103 (W/m 2K)  qn = n (tn – tW1) = 15732,15 W/m 2 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 39  qt = qn = 15732,15349 W/m 2 (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå)  tw2 = tw1 - qtrt = 116,68 oC  S = 2481,544 W/m 2K (vôùi q = qt)  qS = S (tW2 – tS) = 15579,58 W/m 2 Kieåm tra sai soá:  = n Sn q qq  100% = 0,97% < 5% (thoûa) Keát luaän: tw1 = 124,8 oC vaø tw2 = 116,68 oC 3.4. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: 544,2481 1 10.289,5 76103,1849 1 1 4    K = 988,73 W/m2K 4. Beà maët truyeàn nhieät: Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: F = 17,4 85,5173,889 100032,56 . log     tK Qđ m2 lấy dư bề mặt truyền nhiệt F = 4,5 m2 5. Caáu taïo thieát bò: Choïn soá oáng truyeàn nhieät: n = 37 oáng. OÁng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = 2 trn ddn F   = 1,107 m  choïn L = 1,2 m Tra baûng V.II, trang 48, STQTTB  6  Soá oáng treân ñöôøng cheùo: b = 7 oáng Chọn bước oáng: t = 1,2dn = 1,2.0,038 = 0,046 m AÙp duïng coâng thöùc (V.140), [6]:  Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò: D = t(b-1) + 4dn = 0,43(m) III . THIEÁT BÒ LAØM NGUOÄI SAÛN PHAÅM ÑÆNH : Choïn thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng trong : 16x1,6; kích thöôùc oáng ngoaøi : 25x2,5. Choïn: + Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng 16x1,6 (oáng trong) vôùi nhieät ñoä ñaàu : t1= 27oC, nhieät ñoä cuoái : t2 = 40 oC. + Saûn phaåm ñænh ñi trong oáng 25x2,5 (oáng ngoaøi) vôùi nhieät ñoä ñaàu : tD = 80,5oC, nhieät ñoä cuoái : t’D = 35 oC. Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa nöôùc laøm laïnh ñöôïc tra ôû taøi lieäu STQTTB tập 1 öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbN = 2 21 tt  =33,5oC: + Nhieät dung rieâng: cN = 4,181 kJ/kg.ñoä + Khoái löôïng rieâng: N = 994,4 (Kg/m 3). + Ñoä nhôùt ñoäng löïc: N = 0,7371.10 -3 (N.s/m2). Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 40 + Heä soá daãn nhieät: N = 0,6242 (W/m oK). Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa saûn phaåm ñænh ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo  6 öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbD = 75,57 2 355,80 2 '     DD tt oC: + Nhieät dung rieâng: cD= 1909,84 (J/kg.ñoä). + Khoái löôïng rieâng: D = 837,91 (Kg/m 3). + Ñoä nhôùt ñoäng löïc: D = 0,407.10 -3 (N.s/m2). + Heä soá daãn nhieät: D = 0,149 (W/m oK). 1 . Suaát löôïng nöôùc caàn duøng ñeå laøm maùt saûn phaåm ñænh: Suaát löôïng saûn phaåm ñænh: GD = 161,8 kg/h = 0,045 kg/s. Löôïng nhieät caàn taûi đã tính ở phần cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh QD = 5,13 kW : Suaát löôïng nöôùc caàn duøng: GN = )2840.(181,4 13,5 ).( 12    ttc Q N D = 0,102 kg/s = 368,1 kg/h 2 . Xaùc ñònh beà maët truyeàn nhieät : Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: Ftb = log. tK Qt  ,m2 Vôùi: + K : heä soá truyeàn nhieät. + tlog : nhieät ñoä trung bình logarit.  Xaùc ñònh tlog : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: 038,20 2735 405,80 ln )2735()405,80( log     t K.  Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät K: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: D t N r K  11 1   ,W/m2.oK Vôùi: + N : heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng W/m 2.oK. + D : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh W/m 2.oK. + rt : nhieät trôû cuûa thaønh oáng vaø lôùp caùu. * Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh ôû oáng ngoaøi: Vaän toác cuûa saûn phaåm ñænh ñi trong oáng ngoaøi: 475,0 )016,002,0.( 4 . 91,837 045,0 )..( 4 . 2222       ngtrD D D dD G v m/s. Ñöôøng kính töông ñöông: dtd = Dtr –dng = 0,02- 0,016 = 0,004 (m). Chuaån soá Reynolds : Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 41 62,5991 10.407,0 91,837.004,0.475,0. Re 3 .   D DtdD D dv   < 10000 : cheá ñoä chaûy chuyển tiếp, coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt coù daïng: l v D DD CNu  25,0 43,0 Pr Pr .Pr.        Trong ñoù: + l : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc tyû leä chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính ống, choïn l =1. Hệ số C = 19,5 + PrD : chuaån soá Prandlt cuûa saûn phaåm ñænh ôû 57,75 oC, neân 149,0 84,1909.10.407,0. Pr 3  D DD D c   = 5,223. + Prw1 : chuaån soá Prandlt cuûa saûn phaåm ñænh ôû nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch. Suy ra: 25,0 1Pr 01,83 w DNu  Heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh trong oáng ngoaøi: D = 25,0 1 25,0 1 Pr 8,3095 004,0.Pr 149,0.01,83. wwtd DD d Nu   Nhieät taûi phía saûn phaåm ñænh: )75,57( Pr 8,3095 ).( 125,0 1 1 w w wtbDDD tttq  W/m 2 Vôùi tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñænh (ngoaøi oáng nhoû). * Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: t ww t r tt q    21 , W/m2. Trong ñoù: + tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc (trong oáng nhoû). + 21 rrr t t t    Beà daøy thaønh oáng: t = 1,6 mm. Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 17,5 W/m.K. Nhieät trôû trung bình cuûa lôùp baån trong oáng vôùi nöôùc saïch: r1 = 1/5000 m 2.oK/W. Nhieät trôû lôùp caáu phía saûn phaåm ñænh: r2 = 1/5800 (m 2. K/W). Suy ra: rt = 1/2155,9 (m 2. K/W). Vaäy: qt = 2155,9.(tw1-tw2) * Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng nhoû: Vaän toác nöôùc ñi trong oáng: 798,0 0128,0. 4 . 4,994 102,0 . 4 . 22   trN N N d G v (m/s). Chuaån soá Reynolds : Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 42 94,13779 10.7371,0 4,994.0128,0.798,0. Re 3 .   N NtrN N dv   > 104 : cheá ñoä chaûy roái, coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt coù daïng: 25,0 2 43,08,0 ) Pr Pr .(PrRe..021,0 w N NNlNNu  Trong ñoù: + l : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReN vaø tyû leä chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính oáng : ReN = 13779,94, choïn l =1. + PrN : chuaån soá Prandlt cuûa nöôùc ôû 34 oC, neân PrN = 5. + Prw2 : chuaån soá Prandlt cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch. Suy ra: 25,0 2Pr 9,107 w NNu  Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng: N = 25,0 2 25,0 2 Pr 90,5265 0128,0.Pr 6242,0.49,128. wwtr NN d Nu   Nhieät taûi phía nöôùc laøm laïnh: )34( Pr 90,5265 ).( 225,0 2 2  w w tbNwNN tttq  W/m 2 Choïn: tw1 = 50,5 oC : Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa saûn phaåm ñænh ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo  5 öùng vôùi nhieät ñoä tw1=50,5oC: + Nhieät dung rieâng: c = 1906,38 J/kg.ñoä. + Ñoä nhôùt ñoäng löïc:  = 0,423.10-3 N.s/m2. + Heä soá daãn nhieät:  = 0,138 W/m oK. Khi ñoù : Prw1 = 84,5 138,0 38,1906.10.423,0. 3     c Töø (IV.9): qD = 02,14438)5,5075,57.( 84,5 8,3095 25,0  W/m2. Xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå: qt = qD = 02,14438 W/m 2. Töø (IV.10), ta coù: tw2 = tw1 - 9,2155 tq = 43,8oC Tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], Prw2 = 4,10 Töø (IV.11): qN = 7,16650)348,43.( 95,3 90,5265 25,0  W/m2. Kieåm tra sai soá:  = 7,16650 7,1665002,14438    D DN q qq = 13,29% sai số này chấp nhận được nên ta chọn Vaäy: tw1 = 50,5 oC vaø tw2 = 43,8 oC. Khi ñoù: 28,3725 95,3 9,5265 25,0 N W/m 2.oC Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 43 45,1991 84,5 8,3095 25,0 D W/m 2.oC 05,810 9,2155 1 28,3725 1 25,1991 1 1   K W/m2.oC Töø (IV.7), beà maët truyeàn nhieät trung bình: 038,20.05,810 5,13.103 tbF = 0,316 m 2 Suy ra chieàu daøi oáng truyeàn nhieät : L 99,6 2 0128,0016,0 . 316,0     m Choïn: L = 8 m,(döï tröõ khoaûng 15%). Kieåm tra: 50625 0128,0 5,7  trd L thì l = 1: thoaû. Vaäy: thieát bò laøm maùt saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 8 m, chia thaønh 2 daõy, moãi daõy 4 ống mỗi ống 1 m. IV . THIEÁT BÒ LAØM NGUOÄI SAÛN PHAÅM ÑAÙY : Choïn thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T:  Kích thöôùc oáng trong: 16 x 1,6  Kích thöôùc oáng ngoaøi: 25 x 2,5 Choïn:  Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng trong vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 27 oC vaø nhieät ñoä ra tR = 43oC.  Saûn phaåm ñaùy ñi trong oáng ngoaøi vôùi nhieät ñoä vaøo tWS = 110,2 oC vaø nhieät ñoä ra tW = 35 oC. 1. Suaát löôïng nöôùc laøm laïnh caàn duøng: Như phần cân bằng nhiệt lượng trên đã tính, ta có lượng nhiệt trao đổi QW = 11,86 kW Tra baûng 1.250, trang 312, ST I  Enthalpy cuûa nöôùc ôû 27oC = hV = 113,13 kJ/kg  Enthalpy cuûa nöôùc ôû 43oC = hR = 180,17 kJ/kg Suaát löôïng nöôùc caàn duøng: VR n hh Q G   = 13,11317,180 3600.86,11  = 636,8 kg/h 2. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình: Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: 2735 432,110 ln )2735()432,110( log    t = 27,82 K. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 44 3. Heä soá truyeàn nhieät: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: W t n r K  11 1   W/m2.K Vôùi:  n : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nöôùc laïnh W/m 2.K  W : heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy W/m 2.K  rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. 3.1. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng: Kích thöôùc cuûa oáng trong:  Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 16 mm = 0,016 m  Beà daøy oáng: t = 1,6 mm = 0,0016 m  Ñöôøng kính trong: dtr = 0,0128 m Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nöôùc trong oáng: tf = ½ (tV + tR) = 35 oC Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: n = 994 kg/m 3  Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: n = 7,23.10 -7 m2/s  Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: n = 0,626 W/mK  Chuaån soá Prandtl: Prn = 4,9 Vaän toác nöôùc ñi trong oáng: 22 0128,09943600 8,3664 3600 4     trn n n d G v = 1,383 m/s Chuaån soá Reynolds : 7 . 10.23,7 0128,0383,1 Re    n trn n dv  = 24484.65 > 104 : cheá ñoä chaûy roái AÙp duïng coâng thöùc (11), trang 7,  6  coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: 25,0 2 43,08,0 Pr Pr .PrRe..021,0        w n nnlnNu  Trong ñoù: 1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng và Re, ta chọn 1 = 1 theo bảng trang 7 -  6 Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng: n = tr nn d .Nu  3.2. Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: t 2w1w t r tt q    , W/m2 Trong ñoù:  tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy (trong oáng trong), oC  tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc laïnh (ngoaøi oáng trong), oC Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 45 21 t t t rrr      Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 m  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 W/mK  Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5000 m 2.K/W  Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 m 2.K/W Neân: rt = 5,565.10 -4 m2.K/W 3.3. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: Kích thöôùc cuûa oáng ngoaøi:  Ñöôøng kính ngoaøi: Dn = 25 mm = 0,025 m  Beà daøy oáng: t = 2,5 mm = 0,0025 m  Ñöôøng kính trong: Dtr = 0,02 m Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: tW = ½ (tWS + tWR) = 72,6 oC. Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa Benzen : B = 822,029 kg/m 3  Khoái löôïng rieâng cuûa Toluen : T = 814,196 kg/m 3 Neân: 001228,0 196,814 00365,01 029,822 00365,011      A W N W xx    = 814,224 kg/m3  Ñoä nhôùt cuûa Benzen : B = 3,409.10 -4 N.s/m2  Ñoä nhôùt cuûa Toluen : T = 3,315.10 -4 N.s/m2 Neân: lg = xWlgB + (1 - xW)lgT   = 3,316.10-4 N.s/m2  Heä soá daãn nhieät cuûa sản phẩm đáy : W = 0,146 W/mK  Nhieät dung rieâng cuûa Benzen : cB = 1980,28 J/kgK  Nhieät dung rieâng cuûa Toluen : cT = 1941,04 J/kgK Neân: c = cB Wx + cT. (1 - Wx ) = 1941,18 J/kgK AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, STQTTB  6 :    c Pr = 4,42 Vaän toác cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: )016,0020,0(224,8143600 6,2404 )(3600 4 2222       ntr W dD G v = 0,73 m/s Ñöôøng kính töông ñöông: dtñ =   F4 Dtr – dn = 0,02 – 0,016 = 0,004 m Chuaån soá Reynolds : 410.316,3 224,814004,073,0 Re     tđvd = 7169,89 < 104 : cheá ñoä chaûy chuyển tiếp AÙp duïng coâng thöùc (10), trang 6,  6  coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: 25,0 1 43,0 Pr Pr .Pr.        w lW CNu  Trong ñoù: 1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 46 Tra baûng 2, trang 6,  6  choïn 1 = 1,9 Tra baûng 2, trang 6,  6  choïn C = 27 Heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: W = tñ W d .Nu  Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 60 oC Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Ñoä nhôùt cuûa benzen : B = 3,86.10 -4 N.s/m2  Ñoä nhôùt cuûa toluen : T = 3,78.10 -4 N.s/m2 Neân: lgW1 = xWlgB + (1 – xW)lgT  W1 = 3,78.10 -4 N.s/m2  Heä soá daãn nhieät cuûa sản phẩm đáy : W = 0,1275 W/mK  Nhieät dung rieâng cuûa Benzen : cB = 1935,25 J/kgK  Nhieät dung rieâng cuûa Toluen : cT = 1904 J/kgK Neân: cW1 = cB Wx + cT. (1 - Wx ) = 1904,3 J/kgK Ta có:   1275,0 3,1904.10.78,3 Pr 4 1 11 1 W WW W c   = 5,66 Neân: 74,69 71,4 9,4 .88,4.9,1.27 Pr Pr .Pr. 25,0 43,0 25,0 1 43,0              w lW CNu   W = .K W/m2192 004,0 1189.0.03,101. 2 tñ W d Nu   qW =W (tW – tW1) = 2219 (76,2 – 60) = 25740,44 W/m 2  qt = qW = 25740,44 W/m 2 (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå)  tw2 = tw1 - qtrt = 41,2 oC  PrW2 = 4,31  Nun = 153,4  n = 4801,55 W/m 2K  qn = n (tW2 – tf) = 28809,33 W/m 2 Kieåm tra sai soá:  = W nW q qq  100% = 0,106 chọn khoảng ~ 5% là phù hợp nên kết quả này chấp nhận được Keát luaän: tw1 = 60 oC vaø tw2 = 41 oC 3.4. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: 2219 1 10.565,5 55,4081 1 1 4    K = 798,62 W/m2K 4. Beà maët truyeàn nhieät: Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 47 F = 82,723600 100086,11 . log    tK Q = 0,12 m2 5. Caáu taïo thieát bò: Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = 2 dd n F trn  = 2,12 m  choïn L = 2,5 m Kieåm tra: 0128,0 5,2  trd L = 195 > 50  l = 1: thoûa Keát luaän: Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi tổng chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 2,5 m, chia thành 5 hàng ống mỗi hàng có ống dài 0,5 m V . THIẾT BỊ ĐUN SÔI NHẬP LIỆU Choïn thieát bò gia nhiệt nhập liệu là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng 38 x 3:  Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 mm = 0,038 m  Beà daøy oáng: t = 3 mm = 0,003 m  Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 m Hôi ñoát laø hôi nöôùc ôû 2,5at ñi trong oáng 38 x 3. Tra baûng 1.251, trang 314, STQTTB  6 :  Nhieät hoùa hôi: OH2r = rn = 2189500 J/kg  Nhieät ñoä soâi: OH2t = tn = 126,25 oC Doøng saûn phaåm taïi ñaùy coù nhieät ñoä:  Tröôùc khi vaøo noài ñun (loûng): tF = 30 oC  Sau khi ñöôïc ñun (lỏng sôi): tS2 = 94 oC 6. Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng: Tra baûng 1.251, trang 314, [5]  Nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû 2,5 at = OH2r = 2189,5 kJ/kg hkgskg r D /74/0074,0 5,2189.95,0 15,43 Q 2 F 2  7. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình: Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: 9425,126 3025,126 ln )9425,126()3025,126( log    t = 58,95 K. 8. Heä soá truyeàn nhieät: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc nhö ñoái vôùi töôøng phaúng: F t n r K  11 1   ,W/m2.K Vôùi:  n : heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát W/m 2.K Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 48  F : heä soá caáp nhieät dòng nhập liệu W/m 2.K.  rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. 3.5. Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: t FF t r tt q    21 , W/m2. Trong ñoù:  tF2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ñoát phía vỏ, oC  tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nhập liệu trong oáng, oC 21 t t t rrr      Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 m  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 W/mK (Baûng XII.7, trang 313, STQTTB  6 )  Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5800 m 2.K/W (Baûng 31, trang 419, [4])  Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 m 2.K/W Neân: rt = 5,289.10 -4 m2.K/W 3.6. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhập liệu trong ống: Taïi nhieät ñoä soâi trung bình thì của dòng nhập liệu tFtb = 62 0C:  Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 836 kg/m 3  Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 828 kg/m 3 Neân: 0012,0 828 4,01 836 4,011      T F B F xx    = 831,2 kg/m3  Ñoä nhôùt cuûa toluen : T = 3,81.10 -4 N.s/m2  Ñoä nhôùt cuûa benzen : B = 3,9.10 -4 N.s/m2 Neân: lg = xFlgB + (1 – xF)lgT = 0,4.lg(3,9.10 -4) + (1 - 0,4)lg(3,81.10-4)   = 3,85.10-4 N.s/m2  Heä soá daãn nhieät cuûa hỗn hợp :  = 0,149 W/mK  Nhieät dung rieâng cuûa benzen : cB = 2157,45 J/kg.K  Nhieät dung rieâng cuûa toluen : cT = 2108,19 J/kg.K Neân: c = cN Fx + cA. (1 - Fx ) = 2108,37 J/kgK Áp dụng công thức (V.35), trang 12,  6 ]: F FF F c Pr    = 1,94 Vận tốc dòng nhập liệu đi trong ống: 22 032,02,8313600 4,4024 3600 4     tr F F d G v = 0,167 m/s. Chuẩn số Reynolds : 410.85,3 2,831032,0167,0 Re    F FtrF F dv   = 11534,71 > 104 : chế độ chảy rối Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4]  Công thức xác định chuẩn số Nusselt: 25,0 2 43,08,0 Pr Pr .PrRe..021,0        F F FFlFNu  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 49 Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỉ lệ chiều dài và đường kính ống. 3.7. Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi nước đi phía vỏ : AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4]: 4 trW1n 32 n ).dt-.(t .g..r 725,0 n nn n     Duøng pheùp laëp: choïn tF1 = 122,8 oC Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng nöôùc ngöng tuï: tm = 126,25 oC Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: n = 937,935 kg/m 3  Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: n = 2,25.10 -4 N.s/m2  Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: n = 0,686 W/mK Neân: n = 10849,76 W/m 2K  qn = n (tn – tW1) = 16820,49 W/m 2  qt = qn = 16530,1 W/m 2 (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå)  tF2 = tF1 - qtrt = 116 oC  Với tF2 = 116 0C thì tính chất của dòng nhập liệu trong ống Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 775 kg/m 3 Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 780,5 kg/m 3 Neân: 00128,0 5,780 4,01 775 4,011      T F B F xx    = 781,25 kg/m3 Ñoä nhôùt cuûa benzene : B = 2,27.10 -4 N.s/m2 Ñoä nhôùt cuûa toluene : T = 2,39.10 -4 N.s/m2 Neân: lg = xFlgB + (1 – xF)lgT = 0,4.lg(3,9.10 -4) + (1 - 0,4)lg(3,81.10-4)   = 2,32.10-4 N.s/m2 Heä soá daãn nhieät cuûa hỗn hợp :  = 0,128 W/mK Nhieät dung rieâng cuûa benzen : cB = 2168,45 J/kg.K Nhieät dung rieâng cuûa toluen : cT = 2118,19 J/kg.K Neân: cF = cN Fx + cA. (1 - Fx ) = 2130,37 J/kgK Áp dụng công thức (V.35), trang 12,  6 : F FF F c   Pr = 3,31  25,0 2 43,08,0 Pr Pr .PrRe..021,0        F F FFlFNu  = 704,56  F = 2818,23 W/m 2K (vôùi q = qt)  qF = F (tF2 – tF) = 17134,8 W/m 2 Kieåm tra sai soá:  = n Sn q qq  100% = 1,8% < 5% (thoûa) Keát luaän: tw1 = 122,8 oC vaø tw2 = 116 oC 3.8. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 50 23,2818 1 10.289,5 76,10849 1 1 4    K = 1024,69 W/m2K 9. Beà maët truyeàn nhieät: Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: F = 25,0 95,5869,1024 100043,15 . log     tK Qđ m2 lấy dư bề mặt truyền nhiệt F = 0,5 m2 10. Caáu taïo thieát bò: Choïn soá oáng truyeàn nhieät: n = 19 oáng. OÁng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = 2 trn ddn F   = 0,523 m  choïn L = 0,6 m Tra baûng V.II, trang 48,  6  Soá oáng treân ñöôøng xuyên tâm của hình sáu cạnh là 3 oán VI . BOÀNCAO VÒ : 1. Toån thaát ñöôøng oáng daãn: Choïn oáng daãn coù ñöôøng kính trong laø dtr = 80 mm Tra baûng II.15, trang 381, [5]  Ñoä nhaùm cuûa oáng:  = 0,2 mm = 0,0002 m (aên moøn ít) Toån thaát ñöôøng oáng daãn: g2 v . d l h 2 F 1 1 1 11        m Trong ñoù:  1 : heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng.  l1 : chieàu daøi ñöôøng oáng daãn, choïn l1 = 30 m.  d1 : ñöôøng kính oáng daãn, d1 = dtr = 0,08m.  1 : toång heä soá toån thaát cuïc boä.  vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn 1.1. Xaùc ñònh vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn : Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa doøng nhaäp lieäu ñöôïc tra ôû nhieät ñoä trung bình: tF = 2 9430 2    FSFV tt = 62 oC Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 836 kg/m 3  Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 828 kg/m 3 Neân: 149,833 4,01 295,843 4,011     A F N F F xx   F = 832 kg/m 3  Ñoä nhôùt cuûa benzen : B = 4,335.10 -4 N.s/m2  Ñoä nhôùt cuûa toluen : T = 4,045.10 -4 N.s/m2  F = 4,129.10 -4 N.s/m2 Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 51 22 08,08323600 56,17174 3600 4     trF F F d G v = 0,114 m/s 1.2. Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng : Chuaån soá Reynolds : 410.129,4 83208,0114,0 Re    F FtrF F dv   = 18461,54 > 4000 : cheá ñoä chaûy roái Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh = 6(d1/) 8/7 = 5648,513 Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren = 220(d1/) 9/8 = 186097,342 Vì Regh < ReF < Ren  cheá ñoä chaûy roái öùng vôùi khu vöïc quaù ñoä. AÙp duïng coâng thöùc (II.64), trang 379, [5]: 1= 25,0 F1 Re 100 d .46,1.1,0         = 0,031 1.3. Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä :  Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d =2 thì u1 (1 choã) = 0,15. Ñöôøng oáng coù 6 choã uoán  u1 = 0,15. 6 = 0,9  Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì van (1 caùi) = 10. Ñöôøng oáng coù 2 van caàu  van = 10. 2 = 20  Löu löôïng keá : l1 = 0 (coi nhö khoâng ñaùng keå).  Vaøo thaùp : thaùp = 1 Neân: 1 = u1 + van + ll = 21,9 Vaäy: 81,92 114,0 .9,21 08,0 30 031,0 2 1        h = 0,022 m 2. Chieàu cao boàn cao vò: Choïn :  Maët caét (1-1) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn cao vò.  Maët caét (2-2) laø maët caét taïi vò trí nhaäp lieäu ôû thaùp. Aùp duïng phöông trình Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2): z1 + g. P F 1  + g v .2 2 1 = z2 + g. P F 2  + g v .2 2 2 +hf1-2  z1 = z2 + g.2 vv g. PP 2 1 2 2 F 12    +hf1-2 Trong ñoù:  z1: ñoä cao maët thoaùng (1-1) so vôùi maët ñaát, hay xem nhö laø chieàu cao boàn cao vò Hcv = z1.  z2: ñoä cao maët thoaùng (2-2) so vôùi maët ñaát, hay xem nhö laø chieàu cao töø maët ñaát ñeán vò trí nhaäp lieäu: z2 = hchaân ñôõ + hñaùy + (nttC – 1)h + 0,4 = 0,18 + 0,150 + (14 – 1)0,25 + 0,4 = 3,98 m Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 52  P1 : aùp suaát taïi maët thoaùng (1-1), choïn P1 = 1 at = 9,81.10 4 N/m2  P2 : aùp suaát taïi maët thoaùng (2-2) Xem P = P2 – P1 = nttL .PL = 12. 2040= 24485 N/m 2  v1 : vaän toác taïi maët thoaùng (1-1), xem v1 = 0 m/s.  v2 : vaän toác taïi vò trí nhaäp lieäu, v2 = vF = 0,32 m/s.  hf1-2 : toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2): hf1-2 = 0,662m Vaäy: Chieàu cao boàn cao vò: Hcv = z2 + g.2 vv g. PP 2 1 2 2 F 12    +hf1-2 = 3,98 + 81,92 032,0 832.81,9 24485 2    + 0,662 = 8,78 m Choïn Hcv = 10 m. VII . BÔM : 1. Naêng suaát: Nhieät ñoä doøng nhaäp lieäu laø tF = 30 oC. Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 869,25 (kg/m 3)  Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 855,39 (kg/m 3) Neân: 39,855 2665,01 25,869 2665,011     A F N F F xx   F = 858,78 (kg/m 3)  Ñoä nhôùt cuûa benzen : B = 5,91.10 -4 (N.s/m2)  Ñoä nhôùt cuûa toluen : T = 5,39.10 -3 (N.s/m2) Neân: lgF = xFlgB + (1 – xF)lgT  F = 5,541.10 -4 (N.s/m2) Suaát löôïng theå tích cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng: hkgQF /4,402 = 0,5 m3/h Vaäy: choïn bôm coù naêng suaát Qb = 0,5 (m 3/h) 2. Coät aùp: Choïn :  Maët caét (1-1) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn chöùa nguyeân lieäu.  Maët caét (2-2) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn cao vò. AÙp duïng phöông trình Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2): z1 + g P F . 1  + g v .2 2 1 + Hb = z2 + g P F . 2  + g v .2 2 2 +hf1-2 Trong ñoù:  z1: ñoä cao maët thoaùng (1-1) so vôùi maët ñaát, choïn z1 = 1m.  z2: ñoä cao maët thoaùng (2-2) so vôùi maët ñaát, z2 = Hcv = 10m.  P1 : aùp suaát taïi maët thoaùng (1-1), choïn P1 = 1 at.  P2 : aùp suaát taïi maët thoaùng (2-2), choïn P2 = 1 at.  v1,v2 : vaän toác taïi maët thoaùng (1-1) vaø(2-2), xem v1= v2 = 0 m/s.  hf1-2 : toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2). Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 53  Hb : coät aùp cuûa bôm. 2.1. Tính toång trôû löïc trong oáng: Choïn ñöôøng kính trong cuûa oáng huùt vaø oáng ñaåy baèng nhau: dtr = 50 mm Tra baûng II.15, trang 381, [5]  Ñoä nhaùm cuûa oáng:  = 0,2 mm = 0,0002 m (aên moøn ít) Toång trôû löïc trong oáng huùt vaø oáng ñaåy hf1-2 = g2 v . d ll 2 F ñh tr ñh          Trong ñoù:  lh : chieàu daøi oáng huùt. Chieàu cao huùt cuûa bôm: Tra baûng II.34, trang 441, [5]  hh = 4,3 m  Choïn lh = 6 m.  lñ : chieàu daøi oáng ñaåy, choïn lñ = 15 m.  h : toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt.  ñ : toång toån thaát cuïc boä trong oáng ñaåy.   : heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng ñaåy.  vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng huùt vaø oáng ñaåy m/s. 22 050,03600 5,24 3600 4     tr b F d Q v = 0,36 m/s  Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng ñaåy : Chuaån soá Reynolds : 410.541,5 78,85805,036,0 Re    F FtrF F dv   = 27122,63 > 4000 : cheá ñoä chaûy roái Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh = 6(dtr/) 8/7 = 3301,065 Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren = 220(dtr/) 9/8 = 109674,381 Vì Regh < ReF < Ren  cheá ñoä chaûy roái öùng vôùi khu vöïc quaù ñoä. AÙp duïng coâng thöùc (II.64), trang 379, [5]:  = 25,0 Ftr Re 100 d .46,1.1,0         = 0,03124  Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt :  Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2 thì u1 (1 choã) = 0,15. OÁng huùt coù 2 choã uoán  u1 = 0,15. 2 = 0,3  Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì v1 (1 caùi) = 10. OÁng huùt coù 1 van caàu  v1 = 10 Neân: h = u1 + v1 = 10,3  Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä trong oáng ñaåy :  Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2 thì u2 (1 choã) = 0,15. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 54 OÁng ñaåy coù 4 choã uoán  u2 = 0,15. 4 = 0,6  Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì v2 (1 caùi) = 10. OÁng ñaåy coù 1 van caàu  v2 = 10  Vaøo boàn cao vò : cv = 1 Neân: ñ = u1 + v1 + cv = 11,6 Vaäy: hf1-2 = 81,92 32,0 .6,113,10 05,0 206 03124,0 2          = 0,2 m 2.2. Tính coät aùp cuûa bôm: Hb = (z2 – z1) + hf1-2 = (10 – 1) + 0,2 = 9,2 m 3. Coâng suaát: Choïn hieäu suaát cuûa bôm: b = 0,8. Coâng suaát thöïc teá cuûa bôm: Nb = 8,03600 81,978,8582,95,0 .3600 .    b Fbb gHQ   = 13,45 W Keát luaän: Ñeå ñaûm baûo thaùp hoaït ñoäng lieân tuïc ta choïn 2 bôm li taâm loaïi XM, coù: - Naêng suaát: Qb = 0,5 m 3/h - Coät aùp: Hb = 9,2 m - Coâng suaát: Nb = 13,45 W KEÁT LUAÄN Với quy trình công nghệ tính toán ở trên ta thấy rằng một lượng nhiệt đáng kể cần giải là ngưng tụ sản đỉnh, giải nhiệt sản phẩm đỉnh và giải nhiệt cho sản phẩm đáy chưa được tận dụng để gia nhiệt cho dòng nhập liệu. Nhưng trong quá trình tính toán để gia nhiệt cho dòng nhập liệu tới trạng thái lỏng sôi nếu tận dụng nhiệt thì chưa đủ để gia nhiệt tới lỏng sôi trong khi đó phải tốn thêm thiết bị, đường ống… làm tăng chi phí của phân xưởng. Vấn đề tận dụng nhiệt là một vấn đề thực tế rất được quan tâm, nó như là một giải pháp để năng cao hiệu quả của quá trình và tiết kiệm năng lượng, nhưng trong giới hạn về thời gian, khả năng và kinh nghiệm thực tế nên em chưa phân tích tính toán đánh giá đúng mức các quá trình. Đồ án môn học là một môn học tổng hợp và nó đã mang lại cho em nhiều kinh nghiệm để tính toán thiết kể hoàn chỉnh một quá trình trong sản xuất. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1]. Traàn Huøng Duõng – Nguyeãn Vaên Luïc – Hoaøng Minh Nam – Vuõ Baù Minh, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 1, Quyeån 2: Phaân rieâng baèng khí ñoäng, löïc ly taâm, bôm, quaït, maùy neùn. Tính heä thoáng ñöôøng oáng”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 1997, 203tr. [2]. Voõ Vaên Bang – Vuõ Baù Minh, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 3: Truyeàn Khoái”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 2004, 388tr. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Trang 55 [3]. Phaïm Vaên Boân – Nguyeãn Ñình Thoï, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 5: Quaù trình vaø Thieát bò Truyeàn Nhieät”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 2002, 372tr. [4]. Phaïm Vaên Boân – Vuõ Baù Minh – Hoaøng Minh Nam, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 10: Ví duï vaø Baøi taäp”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 468tr. [5]. Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 1”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 626tr. [6]. Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 2”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 447tr. [7]. Hoà Leâ Vieân, “Thieát keá vaø Tính toaùn caùc thieát bò hoùa chaát”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1978, 286tr. [8]. Nguyeãn Minh Tuyeån, “Cô sôû tính toaùn Maùy vaø Thieát bò Hoùa chaát – Thöïc phaåm”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1984, 134tr. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf37138778_do_an_cuoi_cungdung_5154.pdf